利用TDLAS技术开展碳氢燃料高速燃气参数测量

可调谐二极管激光器吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)广泛应用于碳氢燃料燃气参数(温度、组分浓度和气流速度)实时在线和非接触测量。针对碳氢燃料火箭基组合循环(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)发动机的高速燃气参数测量,设计了双交叉光束(7444.352+7444.371)/7185.597cm-1谱线对扫描波长-时分复用双线直接吸收光谱技术(Direct Absorption Spectroscopy,DAS)系统,将其应用于RBCC地面实验高速燃气参数在线测量,同时获得了燃气温度、H2O组分浓度和速度等多参数,并将测量结果与数值模拟计算结果对比,相对偏差不超过12%,这为RBCC发动机燃烧组织优化和结构优化提供重要依据。     

利用1.4μm附近的激光吸收光谱测量气体压强和H_2O组分浓度

为了完善基于波长调制光谱的应用研究,利用1.4μm附近的H2O吸收谱线(7454.45cm-1),研究了一种基于波长调制光谱测量气体压强和组分浓度的方法。基于谱线7454.45cm-1的4fpeak/2fpeak和2f/1f信号,详细分析了波长调制光谱方法测量的详细过程。结合仿真和实验,通过迭代算法在样品池内实现了气体压强和组分浓度的同时测量。实验结果表明:在500~1000K的温度范围内,压强和组分浓度的测量值与预测值基本符合,与预测值的最大误差分别在5%和4%以内。     

633nm碘稳定激光器作为长度基(标)准的比对测量

简述作为长度基（标）准用的633nm碘稳定激光器的技术指标以及它的测量方法，文中以作者所进行的国际和国内比对中的测量结果为例，给出了这类激光器可以复现的频率或波长不确定度。     

CO2脉冲激光与气体相互作用实验

实验研究采用波长为10.6μm的CO2脉冲激光器,N2,He,CO2等三种纯净气体及上述气体的相互混合气作为推进工质时,通过实验舱内的冲击摆装置对抛物形光船获得的冲量耦合系数Cm进行了测量。实验发现气体工质的获得的冲量耦合系数Cm随气压增高而增大,通常气体工质的分子量越大,冲量耦合系数Cm越大;在低气压条件下,分子量较大的气体所占的比例越高,混合气获得的冲量耦合系数Cm越高;在高气压条件下,混合气体工质获得的冲量耦合系数与混合气体的种类及比例密切相关。     

压力和速度对氧化锆分析仪测量值的影响

使用氧化锆分析仪测量气体中氧浓度时发现,压力和速度可能对测量值有影响。本文组建实验系统并进行实验研究,用氧气和空气混合制成高氧气浓度气体,用氧气和二氧化碳混合制成低氧气浓度气体,分别研究了压力和速度对不同氧气浓度下氧化锆分析仪测量值的影响。结果表明,氧化锆分析仪在直接插入式安装时,存在最大使用压力;在最大使用压力以下测量时,气体压力对测量值无影响。压力超过最大使用压力时,高氧气浓度下,随着压力升高,测量值减小;低氧气浓度下,随着压力升高,测量值增加。气流速度对分析仪的测量值无影响。     

生物再生生命保障地基实验系统气密性评价

针对直接影响生物再生生命保障系统地基实验系统有人密闭系统实验数据准确性的气密性或泄露率问题,以月宫一号大型地基实验系统为例,采用经典气体方程和系统动力学原理建立了影响其舱内气体动态的主要速率方程,并把泄露率作为其中的可调节参数,运用Matlab/Simulink中的S函数建立气体浓度对泄露率变化的瞬态响应特征模型。通过数值仿真实验研究,分析了在假设的不同泄露率下,月宫一号系统内O_2和CO_2气体浓度的动态变化规律。经气密性检验实验测定,月宫一号系统的舱体实际泄漏率为0.043%·d~(-1),仿真实验表明在这样的泄漏率下月宫一号系统的气体浓度瞬态响应规律接近完全密闭系统的水平。运用随机过程控制理论与方法对105天有人实验期间的气体稳态响应特征进行了统计分析研究,证实了在月宫一号有人密闭实验的过程中气体浓度是保持高度稳定的,说明月宫一号系统的气密性保证了系统有人密闭实验数据的可靠性。为后续类似的地基实验系统的设计和构建奠定了基础,可为我国再生生保系统的设计与建造提供相关的理论与方法支持。     

基于波长调制光谱的非均匀流场气体参数二维分布测量

基于波长调制光谱方法,研究了一种实现非均匀燃烧场气体参数二维分布测量的新方法。气体参数的二维分布是通过测量激光穿过非均匀流场区域的积分吸光度并结合重建算法进行反演实现。研究了基于波长调制光谱,通过拟合谐波信号实现积分吸光度测量的方法。利用所选的7185.60cm~(-1)和7454.45cm~(-1)两条H_2O谱线,通过建立离散模型和设计光线布局,基于波长调制光谱方法和代数迭代重建算法实现了非均匀流场区域内温度场和H_2O组分浓度场的二维分布测量。重建结果表明:基于波长调制光谱的二维重建方法具有较高的重建精度,与预测值相比,温度和H_2O组分浓度的重建误差分别小于1.69%和3.05%。     

基于非线性双通MZI的多波长掺铒光纤激光器

提出了一种基于非线性双通MZI光纤滤波器的波长间隔可切换多波长掺铒光纤激光器.非线性双通MZI光纤滤波器除了多通滤波作用还具有功率均衡作用,能有效抑制掺铒光纤的增益竞争,从而实现室温下多波长稳定激射.通过合理调整激光腔内的偏振态,分别实现了0.2 nm和0.4 nm密集波长间隔可切换的多波长激光输出,两种状态下的激光波长个数分别为44个和25个,测量可得激光光信噪比分别高于14 dB和30dB.     

阶跃型边界平面干涉测量技术

为完成复杂平面样板的测量,提出了一种循环单纯形边缘特征提取及种子填充的数字图像处理技术,解决了复杂平面样板相位复原的问题;应用波长合成技术和小数重合法在相位偏移干涉系统中实现了阶跃型边界平面样板的干涉级次整数部分及小数的测量。在实验中对两种阶跃型平面样板测量的重复性达到了10nm,将其测量结果和三维纳米测量机的测量结果进行了比较,两种仪器测量数据最大偏差8 nm。分析了实验数据的可靠性以及两种测量仪器的优缺点,为复杂平面样板的测量提供了一种新的思路。     

激光多普勒流速仪系统参数优化实验研究

为获取激光多普勒流速仪光电倍增管电压、脉冲信号阈值和信噪比等级等系统参数对测量结果的影响,在自循环环形水槽中,采用对比实验,测量了相关系统参数对采样数据率、时均流速和脉动流速的影响程度。实验结果表明：光电倍增管电压在570-630V时脉动流速测量结果相对稳定;较低的脉冲信号阈值能提高采样数据率,实验时应根据采样数据率进行调节;信噪比等级对时均流速和脉动流速无影响,等级为Very Low时能满足水流实验需要。优化激光多普勒流速仪系统参数设置,将提高采样数据率和测量精度。     

机床线性轴多自由度运动误差在线测量方法

激光多自由度误差测量方法常被用于测量机床运动误差。半导体激光器由于体积小、成本低等优点,常被作为激光多自由度误差测量系统的光源。但是,大气扰动和测量系统的变形将导致半导体激光器的出射光束产生漂移,影响测量系统的稳定性。同时,由于半导体激光器的发光特点,其光斑常为椭圆形,从而制约了以半导体激光器为光源的激光多自由度误差测量系统的测量精度。因此,提出了基于双反射镜的光束漂移自动抑制方法,对半导体激光的光束漂移进行实时测量和补偿;同时提出了光束整形方法,在不加入其他光学元件的同时,修正半导体激光器的光斑形貌。在此基础上,设计并搭建了半导体激光多自由度运动误差测量系统。通过试验可得,测量系统水平直线度误差信号、竖直直线度误差信号、偏摆角误差信号和俯仰角误差信号的稳定性由光束漂移抑制前的6.9μm、6.7μm、5.4arcsec和4.6arcsec提高到光束漂移抑制后的5.5μm、2.5μm、1.3arcsec和1.7arcsec;直线度误差测量精度优于1.9μm,角度误差测量精度优于1.6arcsec。     

光电经纬仪室内检测系统的研究与应用

为解决靶场光电经纬仪的精度检测问题,进行可行性分析和系统研究,研制开发室内检测系统。系统针对靶场不同型号的光电经纬仪提出合理的检测方法,建立动态精度靶标为检测基础的数学模型,用Visual Basic实现数据转换、计算和检测信息管理,并通过某型号光电经纬仪实际检测、验证系统的正确性。该检测系统增强了检测的可靠性,极大地提高检测效率。     

飞秒激光频率梳测量光频用拍频装置的实验研究

飞秒激光频率梳测量光频实验中会遇到拍频信号信噪比低、高信噪比拍频信号维持时间短的问题。本文针对该问题在光路的准直、稳定维持方面采取了相应的光学、机械结构优化以及对拍频信号采取了先滤波后放大的措施;设计了一种拍频装置,并利用该装置进行了碘稳频633 nm激光器e峰频率的绝对测量实验。     

光电缆的分布式温度传感网络

提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起,用于监测电缆中的实时温度。采朋有限元分析方法,建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光作为系统光源,在一条光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅,即采用全同光栅作为系统的温度传感器,当光电缆线路中温度发生异常时,反射回来的光栅中心波长发生偏移,通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同,通过检测和计算光返回的不同时间,可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明,光栅的温度敏感性可以达到11．4pm／℃,光栅的测量温度与实际温度的误差在3％范围内。     

简讯

加拿大已在去年11月1日将其空中交通管制交给一家私营公司——加拿大航行公司经营.加拿大航行公司拥有和负责经营空中交通管制和飞行信息系统,电子导航/着陆设备,并提供航空气象数据和发表航空信息,从而成为世界上第一个全面控制空中航行的私营公司.航行条例仍属加拿大政府的运输部门管理,它将确定安全规则,并监督加拿大航行公司是否遵循这些规则,但对用户的收费将由后者确定.由加拿大国防部提供空中航行服务的军用空域和机场将不实行私有化.(杰)“科曼奇”直升机的新型激光器.以色列光电工业公司制造的这种激光器还未命名,它采用两种不同的波长工作,一个波长用于指引激光制导武器,另一个波长用于搜集距离数据.依靠采用固态器件和先进光学装置,该公司的激光器能以不引起眼睛损坏的波长收集距离数据.新系统采用称为二极管泵的新技术,可增加效率和降低功耗,从而减轻其重量.(杰)     

光电经纬仪GPS引导系统

为了解决光电经纬仪跟踪测量电视视场较小、不易大范围捕获目标的困难，利用GPS技术，研制了光电经纬仪GPS引导系统。本文介绍了该光电经纬仪GPS引导系统的系统结构、引导原理，并对引导误差进行了分析。该系统已应用于某重点型号的弹射救生试飞中。实践证明，该系统结构合理，使用方便，可以推广使用。     

高精度光纤色散测试技术

主要介绍了一套高精度光纤色散测试系统，系统采用频域相移法测量光纤的零色散波长以减小系统误差的影响，其零色散波长测量不确定度达到了0．11nm(k=2)。     

针对SF6分解气的多参数综合监测平台设计

设计了SF6分解气多参数综合监测平台,选择多频正弦调制方法研发了基于FPGA的多通道锁相放大电路,并对多通道锁相放大原理进行了理论推导,提出一种多频调制信号的频率分配原则.搭建针对多组分气体的多参数综合监测平台,给出温度、压强、微水、SF6纯度等传感器的集成方案.实验结果表明,本系统平台能够从较低浓度的H2S、HF、CO混合气体中正确解调出二次谐波信号,不同气体的二次谐波之间干扰性较小,对弱吸收的CO气体信号提高2个数量级,实现了多组分微量气体的同时监测.     

一变百的光束分解技术

美国贝尔实验室进行一项试验表明，在未来的光网络上，一束激光可能会同时为至少200户家庭传送数据，从而大大降低家庭网络系统的服务费．该实验室利用一个掺杂了解的光纤环的激光器发射一束跨越70nm波长范围的激光，该光束的脉冲次数为每3700万次／s．由于不同波长的光束和速度是有细微差别的，所以，当这一束激光滑一个20k长的光纤线圈传递到一个调制器时，其中最长波长的光比最短波长的光要慢20ns．调制器利用这个速差可将70nm波长范围的一束激光调制成为206个牢波段的光束，并且为这些光束编码；然后，再利用一个无源光系统将这些光束分…     

光频测量用飞秒激光频率梳光谱扩展实验研究

在光频的绝对测量研究中,本研究小组研制了光谱范围为650~950 nm波段、重复频率为350 MHz的"单块"结构钛宝石飞秒激光频率梳。为了实现其对633 nm波长国家副基准频率的绝对测量,本实验分别采用棱镜对和啁啾镜对进行脉宽压缩,然后注入光子晶体光纤进行光谱扩展。实验发现两者均可扩展出短波长方向的光谱,但棱镜对扩谱结构由于具有较长的"光程臂长"容易受到扰动而造成光纤耦合的不稳定,最终表现为光谱中各波长成分的光强不稳定而无法用于光频测量。啁啾镜对结构紧凑、稳定性强,经过脉宽压缩及光子晶体光纤扩谱,最终获得了光谱覆盖600~950 nm波段、各波长成分强度稳定、各光频齿频率稳定度同步于氢原子钟的可用于光频测量的飞秒激光频率梳